基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流裝置，其特點是將廣域測量系統(tǒng)所采集到的直流系統(tǒng)受端附近區(qū)域內關鍵節(jié)點處的交流電壓信號與直流電壓信號按照不同權重進行加權計算，然后將得到交直流電壓混合加權信號作為低壓限流單元的輸入，從而使得直流功率的恢復不僅依賴于直流電壓，而且考慮到了受端交流系統(tǒng)關鍵節(jié)點處電壓恢復的情況。該種低壓限流裝置不僅能克服AC-VDCOL對直流故障不敏感的缺點，而且克服了DC-VDCOL不能根據受端交流系統(tǒng)電壓恢復狀況而調整直流功率的缺點，能夠在一定程度上減弱交直流系統(tǒng)間的不良相互作用。
【專利說明】基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流裝置，屬于高壓直流輸電領域。
【背景技術】
[0002]隨著電力需求的不斷增長，電力系統(tǒng)日漸接近其極限運行，其運行和控制更為復雜，發(fā)生擾動和故障的可能性更大，后果也更加嚴重。這對電力系統(tǒng)安全運行帶來了更大的挑戰(zhàn)。作為電網動態(tài)實時監(jiān)測的新技術和重要手段，廣域測量系統(tǒng)(Wide AreaMeasurement System, WAMS)對電網的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮了重要的作用。廣域測量系統(tǒng)由相量測量單元(Phasor Measurement Unit, PMU)同步采集廣域電網的實時運行參數,借助高速通信網絡傳輸至數據處理中心站，得到同一時間坐標下電網全局的動態(tài)信息。從系統(tǒng)全局角度對電力系統(tǒng)進行監(jiān)測、操作、保護、控制、規(guī)劃是大電網發(fā)展的必然趨勢，而利用廣域測量系統(tǒng)實時獲取電力系統(tǒng)廣域動態(tài)信息是實現(xiàn)該目標的重要途徑。
[0003]在交直流輸電系統(tǒng)中，當交流故障導致?lián)Q流母線電壓出現(xiàn)較大幅度的下降時，直流系統(tǒng)所輸送的功率也會下降。換流母線電壓的大幅下降一方面會導致?lián)Q流器觸發(fā)控制角增大從而增加了換流器的無功需求；另一方面電壓的大幅下降導致?lián)Q流站濾波器和電容器提供的無功功率明顯減少，這進一步加劇了換流站的無功不平衡。其結果將導致系統(tǒng)電壓的繼續(xù)惡化，嚴重時使得直流系統(tǒng)無法正常工作。因此，有必要在直流系統(tǒng)控制器中引入“依賴于電壓的電流指令限制單?！?Voltage Dependent Current Order Limiter,VDCOL),簡稱“低壓限流單元”。低壓限流單元可按照輸入信號的大小，線性地改變直流電流指令值，從而降低直流系統(tǒng)輸送的直流功率，減小換流器的無功消耗。根據VDCOL所取輸入信號的不同，VDCOL可分為兩類:一種是依賴直流電壓起動的DC-VDCOL ;另一種是依賴交流電壓起動的 AC-VDCOL。
[0004]現(xiàn)有的VDCOL的不足之處在于由交流電壓起動的AC-VDCOL特性在交流電壓跌落時可以限制無功的消耗，但可能在直流故障時沒有什么效果；由直流電壓起動的DC-VDCOL在直流故障和交流電壓跌落時都有效果，但在受端交流電壓還沒恢復穩(wěn)定時，直流系統(tǒng)功率的快速上升會對受端交流系統(tǒng)造成的不良相互影響，使得直流系統(tǒng)吸收大量的無功，如果受端交流網絡不夠強的話，將會嚴重影響受端交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定情況，使得受端發(fā)生電壓失穩(wěn)，甚至是電壓崩潰事故。
【發(fā)明內容】
[0005]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術不足而提出一種基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流裝置，其特點是將廣域測量系統(tǒng)所采集到的直流系統(tǒng)受端附近區(qū)域內關鍵節(jié)點處的交流電壓信號與直流電壓信號按照不同權重進行加權計算，然后將得到交直流電壓混合加權信號作為低壓限流單元的輸入，使得直流功率的恢復不僅依賴于直流電壓，考慮到了受端交流系統(tǒng)關鍵節(jié)點處電壓恢復的情況。
[0006]本實用新型的目的由以下技術措施實現(xiàn):
[0007]基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流裝置由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、相量測量單元、相量數據集中器、信號計算處理單元和低壓限流單元組成:其中，
[0008](I)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)
[0009]全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供了一個很好的統(tǒng)一系統(tǒng)時標的工具，通過為相量測量單元提供同步時鐘信號，可以將電網廣域范圍內的測量數據統(tǒng)一在同一個時間坐標上；
[0010](2)相量測量單元
[0011]利用相量測量單元(PMU)測量同一時標下的直流受端關鍵節(jié)點處電壓的幅值和相角，并通過高速通信網絡將數據傳輸到相量數據集中器(phasor data center, PDC)；
[0012](3)相量數據集中器
[0013]相量數據集中器按照各個PMU的時標，整合不同地點的數據，形成相量數據庫，開放給系統(tǒng)調用；
[0014](4)信號計算處理單元
[0015]信號計算處理單元調用相量數據庫中各節(jié)點電壓的實時數據，與直流電壓信號進行加權計算，得到低壓限流單元的輸入信號的標么值，其計算公式如下:
U =40u:k.+ fj,K.」
[0016]< V1 = UjL(I)
U(k _N
u
if.ac_i j !
、U ac—iN
[0017]其中，U:為低壓限流單元的輸入信號的標幺值；U:為直流電壓的標幺值；
U:cJ、U 、“ 。t……、& 為受端交流系統(tǒng)各關鍵節(jié)點處交流電壓有效值的標幺值；ud。為直流電壓的測量值；ud?！狽為直流電壓的額定值；ua?！猧為受端交流系統(tǒng)各關鍵節(jié)點處交流電壓有效值；ua。—iN為受端交流系統(tǒng)各關鍵節(jié)點處額定交流母線電壓的有效值；I。、
η
I1^ 12>……Ii……、ξη為各交直流信號的加權系數，且滿足關系式Σ?/ = 1;
Μ)
[0018](5)低壓限流單元
[0019]建立低壓限流單元輸入信號O與輸出直流電流指令4 w之間的線性關系，其關系式可表示如下:
K0<d
[0020]=(U；n-UlJ+ Ilx υ:<υ:,<υ:(2)
maxmin
I] , =fIf.> If
dc _ord maxinmax
[0021]其中，^min'為輸入信號的低電壓閾值U 為輸入信號的高電壓閾值I為低壓限流單元直流電流指令的最小值；為低壓限流單元直流電流指令的最大值。
[0022]本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0023]根據廣域測量系統(tǒng)收集到的直流受端關鍵節(jié)點處的電壓水平，并將其與直流電壓本身進行加權計算，然后將計算得到的交直流電壓混合信號作為低壓限流單元的輸入信號，該種低壓限流裝置不僅能克服AC-VDCOL對直流故障不敏感的缺點，而且克服了DC-VDCOL不能根據受端交流系統(tǒng)電壓恢復狀況而調整直流功率的缺點，能夠在一定程度上減弱交直流系統(tǒng)間的不良相互作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為控制信號流程框圖。
[0025]其中，I為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)；2為相量測量單元；3為相量數據集中器；4為信號計算處理單元；5為低壓限流單元。
[0026]圖2為基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流單元控制結構圖。
[0027]其中，,*為直流電壓加權信號；,為各關鍵交流節(jié)點電壓加權信號；
X Udc/=1-
K為交直流電壓混合加權信號，I?力直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時直流電流的期望值；il_ord為直流電流輸出指令。
[0028]圖3為基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流單元伏安控制特性曲線。
[0029]其中，為輸入信號的低電壓閾值；Umax為輸入信號的高電壓閾值；為低壓限流單元直流電流指令的最小值；為低壓限流單元直流電流指令的最大值。
[0030]圖4為直流輸電線路發(fā)生接地故障時逆變側交流母線電壓仿真圖。
[0031]圖5為逆變側交流系統(tǒng)發(fā)生三相接地短路故障時交流母線電壓仿真圖。
[0032]圖6為逆變側交流系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路故障時交流母線電壓仿真圖。
【具體實施方式】
[0033]下面通過實施例對本實用新型進行具體的描述，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制。
[0034]實施例:
[0035]如圖1所示，由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)I (GPS)為相量測量單元2 (PMU)提供同步時鐘信號，為各個PMU測量得到的節(jié)點電壓數據添加共同的時間標記；然后，將各個PMU得到的數據通過高速通信網絡傳遞到相量數據集中器3，相量數據集中器按照各個PMU的時標，整合不同地點的數據，形成相量數據庫，開放給系統(tǒng)調用；之后，信號計算處理單元4將需要的信號進行加權計算，從而得到低壓限流單元的交直流電壓混合加權信號；最后將加權信號作為低壓限流單元5的輸入信號，并依賴此信號進行直流電流的控制。
[0036]如圖2所示，低壓限流單元接收到交直流電壓混合加權信號后，經過一階慣性環(huán)節(jié)得到低壓限流單元伏安特性的輸入，然后根據其伏安特性曲線得到直流電流指令值；與此同時，直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)情況下的電流期望值通過采樣保持處理，然后和所得到的直流電流指令值進行比較，取其較小值作為直流電流指令。
[0037]如圖3所示，低壓限流單元的伏安特性曲線依賴交直流電壓混合加權信號O的變化來改變其輸出的直流電流指令值。/Lx設定值與直流電流的額定值相同，故在穩(wěn)態(tài)情況下，由低壓限流單元的伏安特性所產生的直流電流指令并不起作用，直流電流指令值由/I
決定；在暫態(tài)故障情況下，的大小降低到以下時，其輸出的直流電流指令將小于額定直流電流，故通過低值選通模塊而產生的直流電流指令值由低壓限流單元的輸出來決定，從而達到在暫態(tài)情況下限制直流功率，降低逆變側無功功率消耗，改善受端交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的作用。
[0038]PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件是一種電力系統(tǒng)仿真軟件，PSCAD是其用戶界面，EMTDC 即直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)(Electro-Magnetic Transient in DC System)。EMTDC 的主要功能是分析電力系統(tǒng)中的各種暫態(tài)過程。在PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真程序中建立直流輸電系統(tǒng)仿真模型，直流輸電系統(tǒng)額定直流功率為1000MW，額定直流電壓為500kV，額定直流電流為3kA，采用單極12脈動換流器。直流系統(tǒng)整流測采用定電流控制方式，逆變側采用定熄弧角控制。設定低壓限流單元的高電壓閾值=0.9押、低電壓閾值l/n =0’55押、
直流電流指令最大值/:ax = LOpu、最小值/ = OApu ?低壓限流單元輸入信號中的交流系統(tǒng)關鍵節(jié)點取為逆變側換流母線電壓，取其加權系數ξ工=0.5。直流電壓加權系數ξ ^ =
0.5。在所搭建的仿真模型中，分別施加不同類型故障，以驗證所提出的基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流單元的有效性，施加的故障類型分別為直流輸電線路對地接地短路、逆變側交流系統(tǒng)三相接地短路和單相接地短路。在I秒時施加故障，故障持續(xù)時間為0.05秒。其逆變側交流母線電壓的仿真結果分別如圖4、圖5、圖6所示。由仿真結果可以看出，所提出的基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流單元在各種故障情況下均能迅速恢復逆變側的交流母線電壓。
[0039]本實用新型對高壓直流輸電系統(tǒng)中所使用的低壓限流單元進行了改進，提出了基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流單元，然后在PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真程序中建立了仿真模型對所提出的低壓限流單元的有效性進行了驗證。
【權利要求】
1.基于廣域測量系統(tǒng)的交直流電壓信號混合加權型低壓限流裝置，其特征在于該裝置由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(I)、相量測量單元(2)、相量數據集中器(3)、信號計算處理單元(4)和低壓限流單元(5)組成:其中， (1)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(I)用來給利用相量測量單元(2)提供一個統(tǒng)以的時標，并將其添加到相量測量單元(2)所測量的電氣量上，從而將電網廣域范圍內的測量數據統(tǒng)一在同一個時間坐標上； (2)相量測量單元 利用相量測量單元(2)測量同一時標下的直流受端關鍵節(jié)點處電壓的幅值和相角，并通過高速通信網絡將數據傳輸到相量數據集中器(3)； (3)相量數據集中器 相量數據集中器(3)按照各個利用相量測量單元的時標，整合不同地點的數據，形成相量數據庫，并開放給系統(tǒng)調用； (4)信號計算處理單元 信號計算處理單元(4)調用相量數據庫中各節(jié)點電壓的實時數據，經過處理得到低壓限流單元的輸入信號的標幺值； (5)低壓限流單元 建立低壓限流單元(5)輸入信號&與輸出直流電流指令^之間的線性關系，其關系式可表示如下: /* ,0<u* <U*.dc_ora mmw rum< I] =(U* —U* ) + r If' <U* <U*(2)
ac_ord j t*j j*.V inmax / maxminmmax
max min 其中，匕in為輸入信號的低電壓閾值；為輸入信號的高電壓閾值；C為低壓限流單元直流電流指令的最小值；/為低壓限流單元直流電流指令的最大值。
【文檔編號】H02J1/00GK204030589SQ201420270454
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權日:2014年5月26日
【發(fā)明者】李興源, 劉天琪, 馮明, 陳亮, 李寬, 肖俊, 王超, 李妮, 洪潮, 趙勇, 周保, 榮姚, 文峰, 張東輝, 熊卿, 張帆, 黃東啟 申請人:四川大學, 中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心